金色硬核 | BTC出块时间出现差异：理论与实际对比

BTC出块时间出现差异：理论与实际对比

BTC区块时间戳历史分布情况究竟有多符合预期？

本周，我收到了一些消息提醒，这些提醒都是关于一个时不时会出现的问题：

“BTC区块链两个小时都不能挖到一个块的情况多久会出现一次呢？昨晚，我偶然发现了在区块670637和638之间出现了这个状况。”

这让我陷入了思考，我不禁想到在过去12年中，BTC区块时间戳历史分布情况究竟有多符合预期？

我之前也对BTC时间戳机制进行过讨论，有充分理由认为BTC的安全性很高，其时间戳背后的博弈论机制也非常完美。

金色晨讯 | 8月18日隔夜重要动态一览:21:00-7:00关键词：灰度、币安宕机、USDT增发、链上交易量

1.CME比特币期货8月合约收涨4.6%。

2.灰度资产管理总规模达到61亿美元。

3.BTC剧烈波动期间 币安疑似出现短暂宕机。

4.上海市人民政府参事：长三角应建立区域性区块链示范区。

5.美股三大股指收盘涨跌互现 在美上市区块链中概股普遍收涨。

6.外媒：韩国多家银行计划在年底前推出加密托管服务。

7.Tether在波场网络增发2亿枚USDT（已授权未发行）

8.7月BTC和ETH调整后的链上交易总量达901亿美元 创年度新高。

9.比特币持续上涨，日内最低报12268.31美元，最高报12440美元。[2020/8/18]

幸运的是，你如果有一个节点的话，就能很轻松地循环访问所有BTC区块头，查看它们的时间戳。为此，我写了个脚本，我的笔记本电脑只用了5分钟就查看了所有的时间戳。

请注意，为了方便测量数据，BTC区块链中第100个区块之前都被我排除了，因为BTC诞生之初，矿工数量很少，发生了一些很特殊的状况。

结果表明，有190个区块在前一个区块出块后106分钟才被挖出，占迄今挖出的67万个区块中的0.0028%，非常接近0.0025%的预期值！这个结果很容易通过计算得出，但只能代表某个特定时间段内出块时间的差值分布情况。

深层次分析

如果要对这个问题进行深入思考，Felix?Weiss已经解决了这个问题，他提供了一种方法，能够确定在前一个区块挖出后的特定时间段内应该挖出的区块数量。

金色财经行情播报丨BTC小幅震荡，大周期下降楔形:据火币行情显示，今日比特币整体处于下行通道中小幅震荡。日线图局部行情呈菱形雏形，或临近选择方向，大周期呈下降三角，空方占优；4小时图局部下降通道完结，重新进入整理区间；1小时9180USDT附近有较强支撑，但整体重心出现下移。截至10:00，主流币的具体表现如下：[2020/7/16]

这个数量能够通过计算指数分布的累积分布函数得出。

但就出块时间的差值而言，怎样才能其整个历史分布状况与预期分布进行对比呢？为了解决这个问题，我们需要利用指数分布的概率密度函数，这个函数可以通过f(x;λ)=?λe^-(λx)进行建模。针对出块时间问题，x等于上个区块出块后的某个时间点，λ作为率参数，等于1/600，概率密度函数用线性方式表示如下图：

金色相对论 | 开源存储创始人：云存储和分布式存储不是替代关系，而是互补和结合:在今日举行的金色相对论中，针对“基于区块链的分布式存储应用前景如何？Filecoin这一类的加密货币项目和云服务、开源区块链结合的平台项目，哪个方向更适合商业化发展？”的问题，开源存储创始人Andy Guo表示，云存储和分布式存储不是替代关系，而是互补和结合，流媒体网站的发展就是例证，优爱腾这些视频网站的迅猛发展离不开CDN，CDN是云存储的自然延伸和有效补充，二者结合形成了一种自上而下的分布式和多中心化。Filecoin要构建一个自下而上自然生长的分布式网络，在这样的基础设施之上很可能会自然生长出爱奇艺优酷这样的流媒体应用。在2017年ipfs募资做filecoin就是为了扩大ipfs网络，想要利用通证经济构建一个巨大的天然分布式的点对点网络。目前来看，物联网，智慧城市，边缘计算，区块链这些场景，数据来源天然分散，和以filecoin为代表的分布式存储有天然的契合。科研机构的科研数据，比如气象资料，天文观测数据，想要和人类文明共存，通过任何中心化的机构和个人，都很可能会淹没在人类历史的长河中，但是，类似比特币网络的filecoin去中心化网络一旦形成并稳定运行，就有可能和人类文明共存。[2020/5/19]

我在写这篇文章的同时也绘制出了670000区块之后所有区块的预期分布状况，与上图的形状很相似。

分析 | 金色盘面：ETH短线反弹，关注阻力410美元:金色盘面分析师表示： ETH自低点396美元反弹后，触及410美元短线关键阻力，注意关注承压情况。[2018/8/3]

于是我收集了脚本的数据，并将其放入了以下这个表格中：

显而易见的是，下图的x轴用对数表示更加合理，否则数据会过于分散，而观察不到一些有趣的现象。

不同挖矿时期

出块时间的预期分布是基于哈希率恒定不变的假设。但根据BTC的发展历史，其哈希率不可能是恒定不变的。

所以我选取了三个时期进行分析。

1.?CPU时代：哈希率相对平稳。

2.?GPU时代：哈希率加速上升。

ASIC时代：哈希率增速相对较缓

分析 | 金色盘面：XRP再次跌至支撑位0.42附近:金色盘面分析师表示：XRP再次跌至0.42附近，现报0.43，跌幅3.20%，注意支撑的有效情况，不破则继续看震荡，破位则有加速下跌风险。[2018/8/2]

CPU时代

在CPU时代，对于出块时间少于10分钟的区块，实际数量比预期少，为什么会出现这种情况呢？我将在下文进行解释。

GPU时代

请注意，在GPU时代，情况截然相反，实际数量比预期要多，最可能是因为哈希率加速上升。

ASIC时代

在早期ASIC时代，BTC哈希率有大幅上升，我特地选取了距离当今较近的时间段，这样数据不会受到很大影响。我们能从上图看出，BTC出块数量仍然多于预期，但是不能够与GPU时代相比。

整个挖矿时代

如果将670000个区块的数据全部绘制成一张图表会是怎么样的呢？根据下图，实际出块时间与预期是非常吻合的，除了图中左边的部分。

根据上图，我们能得知，父区块挖出后29秒内出块的数量远低于预期，对此有没有合理的解释呢？

深入研究

在这个时间戳范围内的预期出块数量为30497。

另一方面，实际出块数量是22441。

那么为什么出块数量会相差8056？

我们发现，14296个区块的增量是负数，其中有3549个属于-29到0的区间范围内，那么剩下还有大约6000个区块，下文将会对这6000个区块进行详细分析。

通过绘制负增量的时间戳分布情况，我们能得出，下图基本上是正增量分布情况的镜像。

这是因为BTC协议允许负时间戳增量的存在，但这不是根本原因，我们要考虑到实际挖矿的工作过程：

1.?矿池会为下一个区块生成区块元。

2.?矿工向矿池发出工作请求，开始对区块元进行哈希计算。

3.?矿工将完成的工作返回给矿池，形成工作量证明。

所以问题就变成了：区块元的产生频率是多少？时间戳多久更新一次？

但是，我认为背后的答案更加复杂，因为矿工也有可能更新时间戳，这就牵涉到了研究特定ASIC应用的硬件或者固件。

上文提到，还剩下大约6000个时间戳增量是负的区块，对这些区块有合理的解释吗？我认为理论上是能够解释的，原因可能是时钟漂移或挖矿软件没有得到很好的适配。如果你了解BTC挖矿历史的话，早期矿工没有组成矿池，都是单独挖矿。所以矿工配置不能达到企业级别，这些业余矿工无法保证矿机数据与权威渠道定期同步。早期矿池都是由业余挖矿爱好者而不是全职专业人士运营。我认为，如果我的理论合理，那么随着挖矿产业逐渐成熟，矿池软件得到改进，时钟漂移出现的频率也在下降。所以我运行了另外一个脚本，按照时间绘制了时间戳增量为负的区块分布情况图。

根据上图，我们能看出，不仅时间戳增量为负的区块数量在减少，时钟漂移问题也逐渐得到改善，值得特别注意的是，自2017年底后，只有少数区块的时间戳增量为负。

总结

BTC大部分运行机制都基于数学原理。通过分析实际出块时间的分布情况，我们能发现，在过去12年中，10分钟出块时间这个机制运行非常良好，只出现过很少的极端情况，背后的原因也很容易找到。挖矿也形成了产业化，挖矿软件得到逐步改善，出块时间分布状况越来越符合预期。

这就是数学的力量！

本文内容来自于：CypherpunkCogitations

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